CN115537639A - 深海采油树控制模块高精密零部件制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其通过成分配方控制、精益锻造热加工技术，以及防铁离子污染的整个精密加工与流转过程实现精密、耐腐蚀零部件的使用设备，避免了零件失效，这样使得制成的零部件能够在深海采油树，生产系统使用寿命长达20年不损坏，质量保证完好的状态，相应制成的零部件通过对冶炼及锻造技术控制和热处理工艺优化设计，同时满足零件的加工尺寸，消除残余应力避免变形导致的结构应力，结合精密加工工艺及过程保护方法，保障了零部件性能、尺寸、稳定性等充分的可靠性，提高了装备的安全性能与使用寿命。
Description
【技术领域】
本发明涉及深海采油设备零部件的技术领域，特别涉及深海采油树控制模块高精密零部件制备方法。
【背景技术】
深海油气开发生产系统包含水下采油树、水下管汇、水下井口等系统性装置。由于其在开发深水油气田和边际油气田时具有明显的综合经济优势,已被世界上很多国家作为油田开发的一种重要方式广泛研究和应用。在复杂的海底环境中，如何安全可靠地实现对油气开采装备的控制是核心关键，这项核心技术业内被称为水下控制模块。水下控制模块(Subsea Control Module,即SCM)可以实现控制水下采油设备的阀门执行器启闭功能以及监测水下生产设备运行状况的功能,是整个水下生产系统的核心设备.其中,电液复合式水下控制模块是投入使用最为广泛的水下控制设备,但我国在该领域的研发和设计尚属起步阶段,相关技术不够成熟,所以开展电液复合式水下控制模块关键技术研究对于我国提高海洋油气田开发能力具有重要意义。
因水下作业对设备安全性和可靠性标准要求极高，一旦发生泄漏问题，将对海洋生态造成严重损害。水下控制模块(SCM)作为水下控制系统的“大脑”，是一个机、电、液、光一体化的设备，从设备细节材料、零部件、装配到整体系统都要经受高温、高压、高强度冲击振动的考验，需解决多学科难题。目前，针对深海采油树控制模块内部的高精密零部件均需要一系列复杂工艺实现高精度高要求的高端零部件制造技术与工艺，这无疑增大了零部件生产的成本和无法实现零部件的高效批量生产。
【发明内容】
本发明提供深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其通过成分配方控制、精益锻造热加工技术，以及防铁离子污染的整个精密加工与流转过程实现精密、耐腐蚀零部件的使用设备，避免了零件失效，这样使得制成的零部件能够在深海采油树，生产系统使用寿命长达20年不损坏，质量保证完好的状态，相应制成的零部件通过对冶炼及锻造技术控制和热处理工艺优化设计，获得锻造的零部件机械性能屈服强度分别为至少80K，零下-46℃低温冲击韧性大于45焦耳，硬度，金相及ASTM G48方法A在50℃三氯化铁溶液下进行24小时耐腐蚀性能测试，质量合格且满足设计使用要求的技术指标和国际先进的深海工程材料标准NORSOK M-650及M-630的高级别标准，同时满足零件的加工尺寸，消除残余应力避免变形导致的结构应力，结合精密加工工艺及过程保护方法，保障了零部件性能、尺寸、稳定性等充分的可靠性，提高了装备的安全性能与使用寿命。
本发明提供深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其包括如下步骤：
步骤S1，冶炼工序，其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收料和纯合金料进行浇铸；在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物；
步骤S2，锻造工序，其包括在1040℃-1200℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理；
步骤S3，热处理工序，其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行固溶退火处理和水冷处理；
步骤S4，机械震动去应力和切削工序，其包括对所述热处理工序得到的产物进行机械振动去应力处理和刀片切削处理，从而得到高精密零部件。
进一步，在所述步骤S1中，冶炼工序，其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收料和纯合金料进行浇铸；在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物具体包括：
采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收钢材料和含铁纯合金材料进行浇铸；
在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物，使得Cr元素的重量占比≥0.15％，Mo元素的重量占比≥2.0％；
并且将冶炼过程中的耐点蚀当量PREN控制为PREN满足40≤PREN≤45。
进一步，在所述步骤S2中，锻造工序，其包括在1040℃-1200℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理具体包括：
在1040℃-1200℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型，锻造成型的总锻造比>6。
进一步，在所述步骤S3中，热处理工序，其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行固溶退火处理和水冷处理具体包括：
在1050℃+/-10℃的固溶温度范围内对所述锻造工序得到的产物进行固溶退火处理；
当完成所述固溶退火处理后在不超过60s的转移时间内对锻件进行水冷处理，从而使锻件温度冷却到30℃以下；其中，所述水冷处理对应的水温在25℃以内；
当完成热处理后，对产物进行本体取样，再对取样得到的样品进行室温拉伸，低温冲击，硬度，金相检验，铁素体含量检验，耐腐蚀性能的测试。
进一步，在所述步骤S4中，机械震动去应力和切削工序，其包括对所述热处理工序得到的产物进行机械振动去应力处理和刀片切削处理，从而得到高精密零部件具体包括：
当对产物进行本体取样得到的样品进行的测试合格后，对所述热处理工序得到的产物放置于机械震动装置内，利用所述机械震动装置对所述热处理工序得到的产物施加机械震动作用，从而消除所述热处理工序得到的产物的内部应力；
再采用未受污染的切削液和刀片对完成机械震动去应力的产物进行刀片切削处理。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该深海采油树控制模块高精密零部件制备方法通过成分配方控制、精益锻造热加工技术，以及防铁离子污染的整个精密加工与流转过程实现精密、耐腐蚀零部件的使用设备，避免了零件失效，这样使得制成的零部件能够在深海采油树，生产系统使用寿命长达20年不损坏，质量保证完好的状态，相应制成的零部件通过对冶炼及锻造技术控制和热处理工艺优化设计，获得锻造的零部件机械性能屈服强度分别为至少80K，零下-46℃低温冲击韧性大于45焦耳，硬度，金相及ASTM G48方法A在50℃三氯化铁溶液下进行24小时耐腐蚀性能测试，质量合格且满足设计使用要求的技术指标和国际先进的深海工程材料标准NORSOK M-650及M-630的高级别标准，同时满足零件的加工尺寸，消除残余应力避免变形导致的结构应力，结合精密加工工艺及过程保护方法，保障了零部件性能、尺寸、稳定性等充分的可靠性，提高了装备的安全性能与使用寿命。
【附图说明】
图1为本发明提供的深海采油树控制模块高精密零部件制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例对本发明所述的深海采油树控制模块高精密零部件制备方法作进一步的详细描述。
如图1所示，该深海采油树控制模块高精密零部件制备方法包括如下步骤：
步骤S1，冶炼工序，其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收料和纯合金料进行浇铸；在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物；
步骤S2，锻造工序，其包括在1040℃-1200℃的温度范围内对该冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理；
步骤S3，热处理工序，其包括对该锻造工序得到的产物依次进行固溶退火处理和水冷处理；
步骤S4，机械震动去应力和切削工序，其包括对该热处理工序得到的产物进行机械振动去应力处理和刀片切削处理，从而得到高精密零部件。
上述技术方案的有益效果为：该深海采油树控制模块高精密零部件制备方法通过成分配方控制、精益锻造热加工技术，以及防铁离子污染的整个精密加工与流转过程实现精密、耐腐蚀零部件的使用设备，避免了零件失效，这样使得制成的零部件能够在深海采油树，生产系统使用寿命长达20年不损坏，质量保证完好的状态，相应制成的零部件通过对冶炼及锻造技术控制和热处理工艺优化设计，获得锻造的零部件机械性能屈服强度分别为至少80K，零下-46℃低温冲击韧性大于45焦耳，硬度，金相及ASTM G48方法A在50℃三氯化铁溶液下进行24小时耐腐蚀性能测试，质量合格且满足设计使用要求的技术指标和国际先进的深海工程材料标准NORSOK M-650及M-630的高级别标准，同时满足零件的加工尺寸，消除残余应力避免变形导致的结构应力，结合精密加工工艺及过程保护方法，保障了零部件性能、尺寸、稳定性等充分的可靠性，提高了装备的安全性能与使用寿命。
优选地，在该步骤S1中，冶炼工序，其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收料和纯合金料进行浇铸；在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物具体包括：
采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收钢材料和含铁纯合金材料进行浇铸；
在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物，使得Cr元素的重量占比≥0.15％，Mo元素的重量占比≥2.0％；
并且将冶炼过程中的耐点蚀当量PREN控制为PREN满足40≤PREN≤45。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收料和纯合金料进行浇铸，能够防止浇铸过程中形成氧化物超标；而针对大尺寸双相钢锻造难度大的问题，由于双相钢的热塑性较差，锻造加热火次多，在高温下保温时间必然很长。要防止晶粒长大的问题，需要在添加适量的Cr元素和Mo元素，细化晶粒度同时可以提高强度；其中，Cr元素的重量占比≥0.15％，Mo元素的重量占比≥2.0％，能够保证双相不锈钢较高的强度。控制PREN满足40≤PREN≤45，能够符合耐腐性能对化学成分的基本要求。
优选地，在该步骤S2中，锻造工序，其包括在1040℃-1200℃的温度范围内对该冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理具体包括：
在1040℃-1200℃的温度范围内对该冶炼工序得到的产物进行锻造成型，锻造成型的总锻造比>6。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，在上述特定温度范围内进行锻造成型操作，能够提高零部件的韧性。
优选地，在该步骤S3中，热处理工序，其包括对该锻造工序得到的产物依次进行固溶退火处理和水冷处理具体包括：
在1050℃+/-10℃的固溶温度范围内对该锻造工序得到的产物进行固溶退火处理；
当完成该固溶退火处理后在不超过60s的转移时间内对锻件进行水冷处理，从而使锻件温度冷却到30℃以下；其中，该水冷处理对应的水温在25℃以内；
当完成热处理后，对产物进行本体取样，再对取样得到的样品进行室温拉伸，低温冲击，硬度，金相检验，铁素体含量检验，耐腐蚀性能的测试。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，能够确保零部件的内在质量，便于后续按照相应的表面精细加工工艺要求进行表面精细加工处理。
优选地，在该步骤S4中，机械震动去应力和切削工序，其包括对该热处理工序得到的产物进行机械振动去应力处理和刀片切削处理，从而得到高精密零部件具体包括：
当对产物进行本体取样得到的样品进行的测试合格后，对该热处理工序得到的产物放置于机械震动装置内，利用该机械震动装置对该热处理工序得到的产物施加机械震动作用，从而消除该热处理工序得到的产物的内部应力；
再采用未受污染的切削液和刀片对完成机械震动去应力的产物进行刀片切削处理。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，能够有效消除零部件的内部应力，使得零部件能够适应深海的恶劣环境，避免零部件在工作过程中产生内部裂纹；此外，通过准确的刀片切削处理，能够使得零部件的外形尺寸与设计图纸相一致，提高零部件的通用性。
通过本申请的制备方法得到的零部件的主要指标参数如下表所示：
从上述实施例的内容可知，该深海采油树控制模块高精密零部件制备方法通过成分配方控制、精益锻造热加工技术，以及防铁离子污染的整个精密加工与流转过程实现精密、耐腐蚀零部件的使用设备，避免了零件失效，这样使得制成的零部件能够在深海采油树，生产系统使用寿命长达20年不损坏，质量保证完好的状态，相应制成的零部件通过对冶炼及锻造技术控制和热处理工艺优化设计，获得锻造的零部件机械性能屈服强度分别为至少80K，零下-46℃低温冲击韧性大于45焦耳，硬度，金相及ASTM G48方法A在50℃三氯化铁溶液下进行24小时耐腐蚀性能测试，质量合格且满足设计使用要求的技术指标和国际先进的深海工程材料标准NORSOK M-650及M-630的高级别标准，同时满足零件的加工尺寸，消除残余应力避免变形导致的结构应力，结合精密加工工艺及过程保护方法，保障了零部件性能、尺寸、稳定性等充分的可靠性，提高了装备的安全性能与使用寿命。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，冶炼工序，其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收料和纯合金料进行浇铸；在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物；
步骤S2，锻造工序，其包括在1040℃-1200℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理；
步骤S3，热处理工序，其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行固溶退火处理和水冷处理；
步骤S4，机械震动去应力和切削工序，其包括对所述热处理工序得到的产物进行机械振动去应力处理和刀片切削处理，从而得到高精密零部件。
2.如权利要求1所述的深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其特征在于：
在所述步骤S1中，冶炼工序，其包括采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收料和纯合金料进行浇铸；在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物具体包括：
采用电炉和AOD/VODC炉相结合，以及在氩气气氛保护条件下，对回收钢材料和含铁纯合金材料进行浇铸；
在冶炼过程中添加适量的含Cr元素化合物和适量的含Mo元素化合物，使得Cr元素的重量占比≥0.15％，Mo元素的重量占比≥2.0％；
并且将冶炼过程中的耐点蚀当量PREN控制为PREN满足40≤PREN≤45。
3.如权利要求2所述的深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其特征在于：
在所述步骤S2中，锻造工序，其包括在1040℃-1200℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型处理具体包括：
在1040℃-1200℃的温度范围内对所述冶炼工序得到的产物进行锻造成型，锻造成型的总锻造比>6。
4.如权利要求3所述的深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其特征在于：
在所述步骤S3中，热处理工序，其包括对所述锻造工序得到的产物依次进行固溶退火处理和水冷处理具体包括：
在1050℃+/-10℃的固溶温度范围内对所述锻造工序得到的产物进行固溶退火处理；
当完成所述固溶退火处理后在不超过60s的转移时间内对锻件进行水冷处理，从而使锻件温度冷却到30℃以下；其中，所述水冷处理对应的水温在25℃以内；
当完成热处理后，对产物进行本体取样，再对取样得到的样品进行室温拉伸，低温冲击，硬度，金相检验，铁素体含量检验，耐腐蚀性能的测试。
5.如权利要求4所述的深海采油树控制模块高精密零部件制备方法，其特征在于：
在所述步骤S4中，机械震动去应力和切削工序，其包括对所述热处理工序得到的产物进行机械振动去应力处理和刀片切削处理，从而得到高精密零部件具体包括：
当对产物进行本体取样得到的样品进行的测试合格后，对所述热处理工序得到的产物放置于机械震动装置内，利用所述机械震动装置对所述热处理工序得到的产物施加机械震动作用，从而消除所述热处理工序得到的产物的内部应力；
再采用未受污染的切削液和刀片对完成机械震动去应力的产物进行刀片切削处理。
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